本發(fā)明涉及生物燃?xì)獾纳a(chǎn)方法，具體涉及一種果蔬垃圾生產(chǎn)生物燃?xì)獾姆椒ā?/p>

背景技術(shù)：

生物燃?xì)馑追Q沼氣，是微生物群體在厭氧條件下協(xié)同發(fā)酵可降解有機(jī)廢棄物的產(chǎn)物，作為生物能源廣泛應(yīng)用于城鎮(zhèn)與農(nóng)村。果蔬垃圾是指人類生活中加工果蔬后剩下的果皮、爛菜葉、爛菜桿、腐爛水果等，內(nèi)含豐富的有機(jī)物，通常作為沼氣發(fā)酵的原料。目前，國內(nèi)外利用果蔬垃圾進(jìn)行沼氣發(fā)酵的方式大部分為固體或半固體進(jìn)料，即將固體半固體的果蔬垃圾直接放入發(fā)酵罐或者反應(yīng)器中，通過添加菌種以及其它配料（如氮源、磷源）使之在發(fā)酵罐或者反應(yīng)器中進(jìn)行固體或者半固體的發(fā)酵。這種固體或者半固體的發(fā)酵模式存在周期較長、傳質(zhì)傳熱效率低下、沼氣產(chǎn)率低、生產(chǎn)規(guī)模不能過大、發(fā)酵過程容易酸化導(dǎo)致沼氣發(fā)酵失敗等缺點(diǎn)，限制了果蔬垃圾沼氣發(fā)酵的技術(shù)推廣，因此亟需開發(fā)一種新型的果蔬垃圾沼氣發(fā)酵模式，克服上述缺點(diǎn)，從而使果蔬垃圾沼氣發(fā)酵技術(shù)得到規(guī)?；瘧?yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是：提供一種果蔬垃圾生產(chǎn)生物燃?xì)獾姆椒?，果蔬垃圾通過水解、液體厭氧發(fā)酵生產(chǎn)生物燃?xì)?，提高產(chǎn)氣速率和產(chǎn)氣效率。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：首先采用稀酸對(duì)果蔬垃圾進(jìn)行水解，水解后過濾除去水解殘?jiān)玫焦呃庖?，其特征在于它還包括以下步驟：

(a)在水解液中加入堿性物質(zhì)調(diào)節(jié)水解液pH為6.0～10.5之間，過濾，得到水解液清液；

(b)在水解液清液中加水稀釋，使水解液清液的COD達(dá)到1000～15000 mg/L，再加入氮源和磷源營養(yǎng)物質(zhì)得到發(fā)酵原料；所述發(fā)酵原料中C/N質(zhì)量比為50-400:5，C/P質(zhì)量比為50-400:1；

(c)在厭氧反應(yīng)器中加入占反應(yīng)器體積5%～75%的厭氧發(fā)酵菌株，然后將發(fā)酵原料連續(xù)送到厭氧反應(yīng)器進(jìn)行連續(xù)厭氧發(fā)酵，發(fā)酵原料在厭氧反應(yīng)器中停留時(shí)間為4～32 h，發(fā)酵溫度為10～50℃，生物燃?xì)鈴陌l(fā)酵反應(yīng)器頂部排出。

其中，所述果蔬垃圾原料選自果皮、爛菜葉、爛菜桿、腐爛水果。

其中，所述稀酸為無機(jī)酸、有機(jī)酸、或有機(jī)酸和無機(jī)酸的混合酸，酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01～5%，果蔬垃圾與稀酸的固液質(zhì)量比為1.5～15，反應(yīng)溫度為80～220℃，反應(yīng)時(shí)間為15～200min；無機(jī)酸為硫酸、鹽酸或亞硫酸，有機(jī)酸為甲酸或乙酸。

其中，所述堿性物質(zhì)選自石灰、氫氧化鈉、碳酸鈣、氫氧化鉀、碳酸鈉、碳酸鉀中的一種或一種以上。

其中，所述氮源和磷源營養(yǎng)物質(zhì)選自硫酸銨、氯化銨、碳酸銨、碳酸氫銨、尿素、磷酸二氫銨、玉米漿、玉米粉、麩皮、米糠、酵母膏、蛋白胨、魚粉、豆餅粉、酵母粉、豆餅、磷酸氫二銨、磷酸二氫鉀、磷酸二氫鈉、磷酸氫鉀或磷酸氫鈉中的一種或一種以上。

其中，所述厭氧發(fā)酵菌株來源于厭氧活性污泥或厭氧顆粒污泥。

其中，所述厭氧反應(yīng)器選自厭氧生物濾池、厭氧發(fā)酵罐、上流式厭氧污泥床反應(yīng)器、厭氧顆粒污泥膨脹床反應(yīng)器或內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器。

本發(fā)明的有益效果是：

1）采用稀酸對(duì)果蔬垃圾進(jìn)行水解得到水溶性有機(jī)物，大大提高厭氧發(fā)酵過程中水解效率，進(jìn)而大大提高產(chǎn)氣速率和產(chǎn)氣效率。

2) 沼氣發(fā)酵所用的進(jìn)料方式為液體進(jìn)料，克服了傳統(tǒng)果蔬垃圾固體或者半固體發(fā)酵的周期較長、傳質(zhì)傳熱效率低、沼氣產(chǎn)率低、生產(chǎn)規(guī)模不能過大、發(fā)酵過程容易酸化導(dǎo)致沼氣發(fā)酵失敗等問題，因此其發(fā)酵規(guī)模根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行放大。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說明，但不能理解為是對(duì)本發(fā)明的限制。

實(shí)施例1：依以下步驟生產(chǎn)生物燃?xì)?/p>

（1）將爛蘋果粉碎，采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01%稀硫酸進(jìn)行稀酸水解，其固液質(zhì)量比15，反應(yīng)溫度為220℃，反應(yīng)時(shí)間15 min，水解后過濾，得到初始的爛蘋果稀酸水解液；

（2）用石灰把上述水解液pH調(diào)至10.0，過濾，中和后得到爛蘋果稀酸水解液清液；

（3）所得爛蘋果稀酸水解液清液中加水稀釋至初始COD 1000 mg/L，再加入尿素與磷酸二氫鉀調(diào)節(jié)稀釋后的水解液C/N質(zhì)量比為50:5，C/P質(zhì)量比為50:1；

（4）把厭氧顆粒污泥裝入?yún)捬醢l(fā)酵罐，裝泥量為反應(yīng)器體積的75%，利用泵把含氮源與磷源的爛蘋果稀酸水解液打入?yún)捬醢l(fā)酵罐中進(jìn)行連續(xù)發(fā)酵，發(fā)酵原料在厭氧反應(yīng)器中停留時(shí)間為4 h，發(fā)酵溫度為35℃，生物燃?xì)猓ㄕ託猓陌l(fā)酵反應(yīng)器頂部排出。

當(dāng)發(fā)酵反應(yīng)器中原料液位達(dá)到一半時(shí)，即自水解液進(jìn)入反應(yīng)器后6小時(shí)，反應(yīng)器頂部就有沼氣產(chǎn)生，大大提高了沼氣產(chǎn)氣速率，常規(guī)的固體或半固體果蔬垃圾發(fā)酵產(chǎn)氣時(shí)間需要兩天以上才有沼氣產(chǎn)生。

實(shí)施例2：依以下步驟生產(chǎn)生物燃?xì)?/p>

（1）以香蕉皮為原料，采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%稀鹽酸進(jìn)行稀酸水解，其固液質(zhì)量比為2.5，反應(yīng)溫度80℃，反應(yīng)時(shí)間200min，水解后過濾，得到初始的香蕉皮稀酸水解液；

（2）用碳酸鈣把上述水解液pH調(diào)至6.0，過濾，中和后得到香蕉皮稀酸水解液清液；

（3）所得香蕉皮稀酸水解液清液中加水稀釋至初始COD 10000 mg/L，加入酵母膏與磷酸二氫銨調(diào)節(jié)稀釋后的水解液C/N質(zhì)量比為100:5，C/P質(zhì)量比為200:1；

（4）把厭氧顆粒污泥裝入上流式厭氧污泥床反應(yīng)器，裝泥量為反應(yīng)器體積的5%；利用泵把含氮源與磷源的香蕉皮稀酸水解液打入上流式厭氧污泥床反應(yīng)器中進(jìn)行連續(xù)發(fā)酵，發(fā)酵原料在厭氧反應(yīng)器中停留時(shí)間為32h，發(fā)酵溫度為10℃，生物燃?xì)猓ㄕ託猓陌l(fā)酵反應(yīng)器頂部排出。

自水解液進(jìn)入反應(yīng)器后12小時(shí)，反應(yīng)器頂部有沼氣產(chǎn)生。

實(shí)施例3：依以下步驟生產(chǎn)生物燃?xì)?/p>

（1）以廢棄油菜葉為原料，粉碎后采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%甲酸進(jìn)行稀酸水解，其固液質(zhì)量比10，反應(yīng)溫度170℃，反應(yīng)時(shí)間150min，水解后過濾，得到初始的油菜葉水解液；

（2）用氫氧化鈉把上述水解液pH調(diào)至7.5，過濾，中和后得到油菜葉水解液清液；

（3）所得油菜葉水解液清液中加水稀釋至初始COD 15000 mg/L，再加入蛋白胨與磷酸氫鉀調(diào)節(jié)稀釋后的水解液C/N質(zhì)量比為400:5，C/P質(zhì)量比為400:1；

（4）把厭氧顆粒污泥裝入?yún)捬躅w粒污泥膨脹床反應(yīng)器，裝泥量為反應(yīng)器體積的60%；利用泵把含氮源與磷源的油菜葉水解液打入?yún)捬躅w粒污泥膨脹床反應(yīng)器中進(jìn)行連續(xù)發(fā)酵，發(fā)酵原料在厭氧反應(yīng)器中停留時(shí)間為4 h，發(fā)酵溫度為50℃，生物燃?xì)猓ㄕ託猓陌l(fā)酵反應(yīng)器頂部排出。

實(shí)施例4：依以下步驟生產(chǎn)生物燃?xì)?/p>

（1）以廢棄油菜桿為原料，粉碎后加入含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%乙酸以及2%硫酸的稀酸溶液進(jìn)行水解，其固液質(zhì)量比為8，反應(yīng)溫度120℃，反應(yīng)時(shí)間150min，水解后過濾，得到初始的油菜桿酸水解液；

（2）用碳酸鈉把上述水解液pH調(diào)至7.5，過濾，中和后得到油菜桿酸水解液清液；

（3）所得油菜桿酸水解液清液中加水稀釋至初始COD 8000 mg/L，再加入玉米漿與磷酸氫鈉調(diào)節(jié)稀釋后的水解液C/N質(zhì)量比為180:5，C/P質(zhì)量比為120:1；

（4）把厭氧活性污泥裝入內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器，裝泥量為反應(yīng)器體積的55%；利用泵把含氮源與磷源的油菜桿酸水解液打入內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器中進(jìn)行連續(xù)發(fā)酵，發(fā)酵原料在厭氧反應(yīng)器中停留時(shí)間為12 h，發(fā)酵溫度為40℃，生物燃?xì)猓ㄕ託猓陌l(fā)酵反應(yīng)器頂部排出。

實(shí)施例5：依以下步驟生產(chǎn)生物燃?xì)?/p>

（1）以橙子皮為原料，粉碎后加入含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的鹽酸和2%的硫酸的稀酸溶液進(jìn)行水解，其固液質(zhì)量比為6，反應(yīng)溫度180℃，反應(yīng)時(shí)間100min，水解后過濾，得到初始的橙子皮水解液；

（2）用氫氧化鉀把上述水解液pH調(diào)至10.5，過濾，中和后得到橙子皮水解液清液；

（3）所得橙子皮水解液清液中加水稀釋至初始COD 16000 mg/L，再加入硫酸銨與磷酸氫二銨調(diào)節(jié)稀釋后的水解液C/N質(zhì)量比為160:5，C/P質(zhì)量比為220:1；

（4）把厭氧活性污泥裝入?yún)捬跎餅V池，裝泥量為反應(yīng)器體積的30%；利用泵把含氮源與磷源的橙子皮水解液打入?yún)捬跎餅V池中進(jìn)行連續(xù)發(fā)酵，發(fā)酵原料在厭氧反應(yīng)器中停留時(shí)間為8 h，發(fā)酵溫度為30℃，生物燃?xì)猓ㄕ託猓陌l(fā)酵反應(yīng)器頂部排出。